随着国产芯片技术的发展，汽车电子领域芯片国产化替代成为趋势。本文开展了智能传感器控制器模块芯片国产化替代研究，对其中保护电路、电源电路、执行器驱动电路等应用需求进行分析，针对性设计国产替代方案，通过电压适应性、温度环境等测试，验证了国产芯片的可行性。

物理-数据联合驱动方法对高保真动力系统建模具有指导意义，可用于动力系统优化，进一步提高车辆性能。本文以采用新型动力总成的插电式混合动力汽车(PHEV)为研究对象，进行了一系列台架试验，进行了运行数据采集。利用收集到的数据，提出了基于物理的发动机油耗和电池健康状态(SOH)损失数据驱动模型。通过与其他方法的比较，验证了该模型的准确性和优越性。为了实现以通勤为导向的动力总成优化，基于北京市采集的交通数据重构了代表通勤场景的行驶工况。该方法生成的综合驾驶工况可以在允许误差范围内描述北京地区的实际应用场景。此外，采用非支配排序遗传算法-II (NSGA-II)，根据车辆性能对混合动力系统参数进行进一步优化。以发动机燃油消耗和电池健康状态损失为目标，完成了多目标优化。结果表明，优化后的配置参数与原车相比，油耗降低4.85%，电池容量损失降低3.7%。

本文介绍了某汽车公司的一款增程式电动汽车增程器和电驱系统的冷却系统一体化及热管理控制策略，根据这款增汽车所选用的发动机与发电机组成的增程器、驱动电机以及它们的控制器，在预设的运行工况中，计算出各个工况点增程器的散热需求以及电驱系统的散热需求，对冷却液和冷却水泵进行选型匹配，然后运用GT-SUITE对增程器和电驱系统冷却回路一维建模仿真分析，并对比电驱系统冷却管道串联与并联的冷却效果与能耗分析，运用GT-POST强大的后处理功能，优化得到了适应当地外界环境的冷却系统及热管理模型，一维模型中增程器及电驱系统的冷却回路能精确有效的对发热部件进行冷却，使系统处于安全的运行环境，对于附件消耗的能量相对较少，热管理系统可靠且便于控制，同时按照模型设计了对应的试验台架并进行实验数据采集，仿真结果与试验结果对比，发现系统模型冷却效果显著精确且附件消耗功率相对较少，满足当地增程式汽车的运行需求，车机可靠性好，节能减排效果显著提升。

为实现某60kW柴电动力单元的起动方案优化，基于该动力单元常温、低温两种工作状态，建立了起动过程仿真模型，并通过试验台架进行了模型的校验。最后通过柴电动力单元的起动特点分析，设计了几种优化方案，进行了仿真分析，得出常温下起动过程中增加ISG电机高转速下的小扭矩输出可有效抑制起动过程的转速超调，节省油耗；而在低温环境下，在没有外界辅助加热的前提下，起动过程保持起喷油量更有利于快速起动，而增加ISG电机在高转速下的小扭矩输出，会导致动力电池能耗损失过大，不建议使用。

自由活塞内燃发电装置具有高的能量转化效率，高的功率密度，而其活塞动子的位置检测是系统高效运行及控制的关键。`该研究基于自由活塞内燃发电装置的结构特性，提出一种新型无传感器位置观测技术。该技术采用缠绕在直线电机动子端部的低成本观测线圈的方式, 将基于磁链的无传感器技术应用在直线内燃发电系统中. 观测线圈将动子移动带来的磁场变化转化为观测线圈两端感应电压的变化，从而可通过观测线圈电压值计算的磁链，得到与动子位移之间的对应关系。本文还建立了有限元模型进行线圈磁链分析，磁链随动子位移进行线性变化。最后在试验台架上进行位移观测试验，验证了该基于磁链的无传感器技术的准确性并验证了模型。观测线圈得到的磁链与动子位移显示为线性关系。使用观测线圈的无传感器位置观测技术可实现小于5%误差。该新型无传感器技术为高效运行的自由活塞设备的应用和商业化提供了重要的指导。

绿色燃料是航运业实现脱碳的根本路径，绿氢能够实现全生命周期零碳排放，燃料电池是使用绿氢燃料的主要动力型式。本文首先介绍了全球氢燃料电池动力船舶发展现状，分别从船舶布置、储氢方式、燃料电池类型、适用船型等方面开展研究，结合船舶大小、航行距离、燃料电池与储氢技术成熟度等因素，提出了质子交换膜燃料电池（PEMFC）适用于内河船舶，固体氧化物燃料电池（SOFC）适用于远洋船舶，认为高压储氢方式仍然是适合于内河船舶的最佳储存方式，对于远洋船舶，液氢、金属氢化物储氢和甲醇重整都是可能发展的方向。以一艘内河500kW级船舶为例，开展氢燃料电池应用方案研究，采用30MPa气氢储存方式和PEMFC动力型式，针对燃料电池电性能输出特性曲线软、动态响应慢的特点，经计算选择了合适容量的锂电池组配合使用，针对燃料电池-锂电池混合动力系统，研究提出了以延长燃料电池寿命为目标的能量管理策略。在MATLAB/Simulink仿真平台上建立了该船舶的燃料电池-锂电池混合动力系统模型，研究结果表明，设计的动力系统方案可以满足船舶进出港、突加、突卸负载以及定速航行等工况下的功率需求，符合中国船级社《船舶应用燃料电池发电装置指南》对燃料电池作为船舶主电源组成部分的相关要求，验证了设计方案的合理性与可靠性。最后，分析了国内氢燃料电池动力船舶发展缓慢的原因，分别从完善船用加氢基础设施布局、提高燃料电池单堆功率和寿命、提高储氢密度等方面提出了发展建议。

聚合物燃料电池催化层一般由纳米级别的电催化剂（Pt颗粒）附着在炭黑表面构成。催化层通常和诸如Nafion的离子聚合交联物粘连在一起。由离聚物覆盖的碳催化块可使质子进行有效传导。但是在没有离聚物覆盖催化层时，质子传导机制尚不清楚。目前主要假设有氢离子表面吸附机制和以水为媒介的表面质子迁移机制。本文从原子级别尺度分别建立了催化层中C表面和Pt表面模型，通过第一性原理（DFT）进行从头算分子动力学计算，探究无离聚物部分的质子传递机制。我们发现质子主要以水合氢离子的形式通过氢键网络进行传递，即以水为媒介进行传递，证实了第二种猜想。此外，我们还发现C表面的质子传递更加频繁，溶剂的热运动更加剧烈。而Pt表面的氢键网络更加发达，结构化更加严重，水分子分层现象更加明显，导致Pt表面的质子传递比较困难。

缸套活塞环是内燃机中一对重要的摩擦副，其摩擦磨损性能直接影响内燃机的可靠性和使用寿命。铸铁由于其复杂的成分和组织组成而具有优异的耐磨性能，是应用最为广泛的缸套材料之一。微观组织组成对铸铁的摩擦磨损性能具有直接的影响，但关于不同组织对磨损过程的协同影响却鲜有报道。本研究以缸套活塞环为研究对象，在多功能摩擦磨损试验机上进行了极端工况下的强化磨损实验，并采用白光干涉仪、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对缸套不同磨损阶段的表界面形貌进行了分析，研究了缸套活塞环在不同磨损阶段的磨损时变特性以及不同微观组织在磨损退化过程中的协同作用。结果表明：缸套铸铁磨损过程会经历3个稳定阶段，分别为低摩擦阶段（μ≤0.3），稳定摩擦阶段（0.35≤μ≤0.45）和高摩擦阶段（0.5≤μ）（μ为摩擦系数）。低摩擦阶段主要是由于石墨的自润滑作用而导致较低摩擦系数和磨损率；稳定摩擦阶段由于表面釉质层的形成而导致石墨难以溢出，基体组织珠光体开始发生磨粒和黏着磨损；而在高摩擦阶段由于磷共晶的脱落导致表面釉质层以层片状形式发生磨损，从而导致较高磨损率。本研究分析了缸套铸铁不同微观组织在不同磨损阶段的协同作用，从微观组织的角度揭示了缸套铸铁的磨损退化规律。这对于缸套活塞环的磨损预测以及缸套铸铁微观组织的优化具有重要的意义。

氨气(NH3)是一种无碳燃料，可以作为运输和储能应用的合适替代品。在发动机和燃气轮机中使用氨的可行性正在被广泛研究 [1]。使用氨气作为发动机燃料是具有挑战性的，因为其燃烧特性差，例如点火延迟时间长，火焰速度低。这种不足可以通过使用混合燃料来部分或完全克服，例如将氢或碳氢燃料添加到氨中[2]。然而，在NH3燃烧应用中仍然存在许多挑战，尤其是当内燃机在低负荷和高速条件下运行时[3]。因此，迫切需要深入了解NH3混合燃料的燃烧特性。使用计算流体动力学语言(CFD)包括有限速率化学，在氨/碳氢燃料发动机的设计和优化是一个有吸引力的选择。为了在计算上可行，这些模拟需要精确而紧凑的化学动力学机制。在开发NH3/碳氢燃料的化学反应动力学机理时，C-N耦合反应（RH+NH2/NO/NO2=R+NH3/HNO/HONO [4-6]、ROO+NO=RO+NO2 [4]、CH3CN反应、硝基和亚硝基烃亚类、氨基烃亚族反应 [7]）是一个影响机理预测性能的重要因素，例如：最近Thorsen等人[8]关于正庚烷/氨气混合燃料的研究发现，尽管部分机理可以很好的预测纯燃料的点火延迟时间（IDT）等燃烧参数，但是对于混合燃料的IDT预测存在一定的偏差，这种差异主要是部分机理忽略了C-N之间耦合反应对于IDT的影响。 但是到目前为止，C-N耦合反应对于燃料燃烧特性的作用机制现在尚未完全清楚，例如：(1) C-N耦合反应对于层流燃烧速度（LFS）的影响是否可以忽略？(2) C-N耦合反应会促进燃料的氧化和缩短燃料的IDT，这其中的作用机制是什么？(3) C-N耦合反应对于不同类别碳氢燃料（如正构烷烃和芳香烃）的作用机制是否完全相同？ 基于上述问题，本研究主要研究内容利用Chemkin软件结合化学动力学机理分析C-N耦合反应对于NH3/碳氢混合燃料燃烧特性（IDT，LFS和物种浓度）的影响。此外，考虑到不同碳氢燃料本身之间存在差异，因此，我们的研究将针对典型的正构烷烃，异构烷烃，环烷烃和芳香烃分别展开。具体研究内容包括：(1) C-N耦合反应对燃料燃烧特性的规律；(2) C-N耦合反应影响燃料特性的机制；(3) C-N耦合反应对于化学动力学机理开发的指导。

质子交换膜燃料电池的流场板具有连接输入口和发生主要反应区域的气体分配区域。质子交换膜燃料电池中分配区设计优良与否直接影响到气体分配的均匀程度，进而影响到电池的性能、效率、稳定性和寿命。该研究采用三+一维(3D+1D) 质子交换膜燃料电池模型，在活化面积为300cm2的流场板上进行了数值模拟。与三维模型相比，计算效率和稳定性得到了提高。首先基于空腔分配区研究了点阵、强制分流、混合结构和挡块四种类型分配区，并从压降、气体分布均匀性和电池性能等方面进行对比探究。以不均匀分布系数(MF)作为评价流动均匀性的标准。强制分流分配区具有最高的分配均匀性，混合结构分配区均匀性良好且具有最高的电池性能。此外，还探究了四类分配区分别在平行、波浪、挡块和渐缩流场下的性能和分配均匀程度，为极板分配区设计提供一定的指导。最后，比较了不同计量比条件下四种分布区域的电池性能。结果表明，与分流分配区相比，混合分配区设计的电池在高、低计量比条件下电压分别提高了20mV和25mV。